JP4362766B2 - Gravity deviation meter - Google Patents
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Description
関連特許の相互参照
本願明細書は、2002年3月6日付けで出願した米国特許仮出願番号第60/361,699号で優先権を主張するものであり、その内容は本願明細書に参考として組込まれる。
CROSS REFERENCE TO RELATED PATENT This application claims priority from US Provisional Application No. 60 / 361,699, filed March 6, 2002, the contents of which are incorporated herein by reference. It is.
地質に関するある種の物理的特性は、その地質近傍の重力ポテンシャルの場(本明細書では記号Gで表記する)から明らかにすることができることを、地質学者たちが発見している。例えば、重力の場Gが、地質の表面下にある石炭等の鉱物の存在を明らかにするとともに、それを識別することができる。従って、重力の場Gを測定し解析することによって、掘削等の貫入法よりも容易にかつ費用をかけずに地質の物理的特性を知ることができる。場の関連特性は、一般的には、重力ポテンシャルGを直接に測定するのではなく、この場に基づく重力加速度ベクトルgの成分を測定するか、またはこれらの加速度ベクトル成分の空間導関数を測定することによって決定する。加速度ベクトルの三成分を三の異なる軸に対して空間微分すると、対象とする重力ポテンシャルGと数学的に関連性を有する九の異なる信号の組合わせが得られる。これらの九の信号が重力テンソル要素(重力傾度とも呼ばれる)であり、これらのテンソル要素を精度よく測定する手法を開発するために、これまで多大の努力が払われてきた。 Geologists have discovered that certain physical properties related to geology can be revealed from the field of gravity potential near the geology (denoted here by the symbol G). For example, the gravity field G can reveal and identify the presence of minerals such as coal below the surface of the geology. Therefore, by measuring and analyzing the gravity field G, it is possible to know the physical characteristics of the geology more easily and less costly than intrusion methods such as excavation. Field-related properties generally do not directly measure the gravitational potential G, but instead measure the components of the gravitational acceleration vector g based on this field, or measure the spatial derivatives of these acceleration vector components Decide by. Spatial differentiation of the three components of the acceleration vector with respect to three different axes yields nine different combinations of signals that are mathematically related to the gravitational potential G of interest. These nine signals are gravity tensor elements (also called gravity gradients), and great efforts have been made so far to develop a method for measuring these tensor elements with high accuracy.
図1に示すように、地質(図示せず)の重力ポテンシャルの場Gを測定するために、重力偏差計10を使用することができる。本発明において、重力の場の九のテンソル要素は以下の行列式で表記する:
(1)
びZ の方向の重力テンソルを表す。例えば、テンソル要素Γxxは、重力加速度ベクトルg
のX成分のX軸に対する空間部分導関数である(ここで、テンソル要素は当量単位(メートル/秒2)/メートルすなわち1/秒2、またはエトヴェス単位で表され、109エトヴェス=1/秒2である)。また、ΓxyはgのX成分のY軸に対する空間部分導関数であり、ΓxzはgのX成分のZ軸に対する空間部分導関数であり、ΓyxはgのY成分のX軸に対する空間部分導関数である。さらに、テンソル要素Γは時間に対して変化し得るものであるが、多くの地質の場合に、テンソル要素Γが時間に対して一定であったり、または時間に対して一定として取り扱ってもよいほどゆっくりと変化する。また、場合によっては、重力偏差計10は、全テンソルΓのうちの所要の要素だけを計算すれば十分であるような測定をする場合もある。次に、地質(図1には示していない)の重力ポテンシャルの場Gを測定するために、重力偏差計10をヘリコプタ等の乗物(図示せず)に搭載し、地形の上空から重力偏差計が走査する場合がある。このように地質を上空から走査している時には、最高の精度を得るためには、重力偏差計10は本体軸X、Y、およびzを中心にして高速度で回転しないことが望まれる。しかし都合の悪いことには、乗物はしばしば振動を発生したり(例えばエンジンによって)、または振動を受けたりして(例えば風によって)、本体軸が回転を受けてしまう。従って、重力偏差計10は、多くの場合ジンバル装置(図示せず)によって乗物からの回転を遮断し、乗物が作動する際に不可避な方向転換を受けた場合においてすら、重力偏差計は非回転を維持するようになっている。重力偏差計10を搬持しているジンバル装置は、一般的にジャイロスコープ組立体等の回転センサ組立体18を備えており、本体軸X、Y、およびZを中心とする回転運動(一般的には回転速度ωまたは回転変位)を測定するようになっている。これらの測定値から得られる制御信号が、ジンバル装置軸に付随しているモータにフィードバックされ、重力偏差計10の受けている回転を低減させる。しかしながら、振動によって誘導された重力偏差計10の回転の程度を、ジンバル装置によって一般的に低減するとは言っても、これらの回転を全て消滅させることは不可能である。従って、テンソル測定は、仮に理想的な偏差計を使用したとしても、上記のような回転に起因する勾配信号の存在によって阻害される可能性があることは物理的に避けることができない。これらの付加的な重力によるものではない勾配(偏差)は、回転速度から簡単に決定することができる関数である(例えば本体軸jを中心とする回転速度をωjラジアン/秒としたときに、回転によるΓ=ωx,ωyである)。従って、偏差計10からの測定値は、一般的には、演算処理装置20によってこれらの阻害信号が減算され、重力の場Gに関する偏差計の測定精度を高めるようになっている。それについては、以下に図3を参照して説明する。演算処理装置20は、ハウジング16の内部に配置するように示してあるが、ハウジングの外部に配置するようにしてもよく、この演算処理装置によって偏差計からの測定値をリアルタイムに、または偏差計が重力の場Gを測定した後に演算する。後者の場合には、偏差計は通常はメモリ22を備えていて測定値を記憶し、後にそれを外部の演算処理装置20にダウンロードする。また、他の方法として、偏差計10に発信器(図示せず)を備え、測定値を外部の演算処理装置20および/または外部メモリ22に発信するようにしてもよい。さらに、演算処理装置20またはメモリ22にはサンプルおよびホールド回路(図示せず)とアナログ−デジタル変換装置(ADC)(図示せず)を備え、偏差計の測定値および最適な操作のためのその他の信号測定値をデジタル化する。
As shown in FIG. 1, a
(1)
Is the spatial partial derivative of the X component of the X component with respect to the X axis (where the tensor element is expressed in equivalent units (meters / second 2 ) / meter or 1 / second 2 , or in Etoves units, 109 etevs = 1 / second 2 Is). Γxy is the spatial partial derivative of the X component of g with respect to the Y axis, Γxz is the spatial partial derivative of the X component of g with respect to the Z axis, and Γyx is the spatial partial derivative of the Y component of g with respect to the X axis. It is. Further, although the tensor element Γ can change with time, in many geological cases, the tensor element Γ is constant with respect to time, or may be treated as constant with respect to time. It changes slowly. Further, in some cases, the
次に図2を説明する。図1に示した重力偏差計10が、一以上のディスク組立体−この場合には三のディスク組立体24、26、28−を備え、それぞれが地質36の重力の場Gに対するフルセットのテンソルΓのうちの部分セットを測定する。
Next, FIG. 2 will be described. The
各ディスク組立体24、26、および28は、それぞれディスク30、32、および34を備える。これらのディスク30、32、34は、三の本体軸が形成する三の面のうちの一と同じか、またはそれと平行な面上に装着されている。その結果、これらのディスクのスピン軸は、装着面に垂直な本体軸と同じか、または平行なものとなっている。さらに、各ディスクは直交するディスク軸を有しており、これらの直交ディスク軸は装着面内にあると同時に面に対して回転するようになっている。以下に例をあげて説明する。ディスク30は本体軸面X-Y上にあり、スピン軸ZSと、直交するディスク軸XDとYDとを有する。スピン軸ZSは本体軸Zに平行であり、ZsのX-Y座標は(X=C1, Y=C2)であって、C1とC2は定数である。ディスク30を回転させると−ここでは反時計まわりに−、ディスク軸XDとYDは非回転の本体軸XとYに対して回転する。図2に示した瞬間の時間においては、ディスク30のディスク軸XDとYDはそれぞれ本体軸XとYに一致している。さらに、ディスク32は、本体軸面Y-Zに平行な面上にあり、本体軸Xに平行なスピン軸XSを有している。図2に示した瞬間の時間においては、ディスク32のディスク軸XDとYDはそれぞれ本体軸YとZに平行である。
Each
重力の場Gを測定するために、ディスク組立体24、26、および28は、各々少なくとも一対の加速度計を備える。加速度計は、各ディスク30、32、および34にπラジアンの間隔で配置される。説明を明快にするために、以下にはディスク組立体24のみについて説明するが、他のディスク組立体26および28についても同様である。さて、ディスク組立体28は二対の加速度計38a、38bと、38c、38dを備える。各加速度計38a、38b、38c、および38dは、それぞれ入力軸40a、40b、40c、および40dをそなえ、これらはそれぞれ加速度Aa、Ab、Ac、およびAdを測定するためのものである。そして、入力軸はスピン軸ZSから半径Rの距離にあって、しかもRと直交するように、ディスク30上に各加速度計を装着する。さらに、第1対の加速度計38aと38bはディスク軸XD上でπラジアンの間隔で配置し、加速度計38cと38dはディスク軸YD上でπラジアンの間隔で配置する。上記では理想状態として半径Rに直交するように説明したが、入力軸40a、40b、40c、および40dは、意図的あるいは製造上の都合によって、Rに対して実際上他の角度となるようにしてもよい。さらに、ディスク組立体24には、別の対の加速度計を追加し、ディスク30の加速度計38a、38b、38c、および38dの間に装着してもよい。例えば、ディスク組立体24に追加の加速度計38e、38f、38g、および38hを備え、これらをそれぞれ加速度計38a、38b、38c、および38dからπ/4の間隔で配置してもよい。周知のように、加速度計を増加することは、重力の場の測定の際に重複測定をすることになり、信号対雑音比(SN比)を向上させる効果がある。
In order to measure the gravitational field G, the disk assemblies 24, 26, and 28 each comprise at least a pair of accelerometers. Accelerometers are placed on each
図3を参照してディスク組立体24の作動を説明するが、図2に示したディスク組立体26と28の作動も同様である。
The operation of the
図3はディスク組立体24の平面図である。ここで、スピン軸ZSは、ディスク30の中心50から紙面に対して垂直に延出している。説明のために、以下のような理想状態を想定することにする。第1に、ディスク30は、反時計方向に、ラジアン/秒の単位で示す一定の速度Ωで回転する。第2に、入力軸40はそれぞれディスク軸XDまたはYDのいずれかと完全に整合しており、その結果、入力軸はX−Y面に中にあるか、または平行である。第3に、全ての加速度計は、スピン軸ZSから同じ半径方向の距離Rにある。そして第4に、ディスク30は本体軸XないしYを中心にしては回転しない。
FIG. 3 is a plan view of the
時間t=0において、ディスク30のディスク軸XDとYDは、それぞれ本体軸XとYに一致している。ディスク30が回転すると、ディスク軸XDは本体軸Xに対して角度Ωtをなす。この回転を図示すると、加速度計38aと軸XDとYDが、Ωt=π/4ラジアンにある破線の位置となる。また、破線では示していないが、他の加速度計38b、38c、および38dも、Ωt=π/4ラジアンの時には、それぞれ図示した位置(Ωt=0)からπ/4ラジアンの位置にある。その結果、加速度Aaを重力テンソル要素Γxx、Γxy、Γyx、およびΓyyで表した式の以下のように導くことができる。ここで、axとayは、中心50におけるそれぞれxおよびY方向への重力の場による加速度である。具体的には、Aaは、Y方向の加速度による入力軸40a方向の加速度成分から、X方向の加速度による入力軸方向の加速度成分を減算したものに等しい。
すなわち、
(2)
(3)
That is,
(2)
(3)
(4)
(5)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
引き続き図3を参照する。式(2)〜(9)を導出するのに理想的であると想定されてきた条件が、残念ながら理想的ではない場合が多い。そこで、このような非理想条件が上記の式に別の加速度項を導入してしまい、このような別の加速度項を適切に処理しないと、計算した重力テンソル要素の精度を低下させてしまう場合がある。しかしながら、好都合なことに、演算処理装置20は多くのこれら別の項を処理することが可能である。それについて以下に説明する。 Still referring to FIG. Unfortunately, the conditions that have been assumed to be ideal for deriving equations (2) to (9) are often not ideal. Therefore, such a non-ideal condition introduces another acceleration term in the above formula, and if this other acceleration term is not properly processed, the accuracy of the calculated gravity tensor element is reduced. There is. However, advantageously, the processing unit 20 can process many of these other terms. This will be described below.
引き続き図3を参照する。例えば、ディスク30を回転させるモータ(図示せず)が、一定の回転速度Ωを維持することができない場合がある。このように回転速度が不均一になると、一対の加速度計は増大した加速度を検出してしまい、重力の場に基づく加速度と交雑することになる。従って、偏差計10(図1)は回転速度Ωを測定するセンサ(図示せず)を備える場合がある。そして、演算処理装置20は、不均一な回転によって式(2)〜(9)に導入された加速度項の中に、この測定値を含ませることができるようになっている。
Still referring to FIG. For example, a motor (not shown) that rotates the
さらに、図1について上記に説明したように、乗物(図示せず)の振動や他の力が、偏差計10を本体軸XまたはYを中心に回転させる場合がある。このような回転も一対の加速度計が増大した加速度を検出する原因となり、重力の場による加速度と交雑させてしまう。例えば、偏差計10が本体軸Yを中心にして、回転速度(単位はラジアン/秒である)ωyで回転しているとする。この回転によって、加速度計38aはモーメントアーム52に沿ってY軸方向を向いた求心加速度を検出する。この求心加速度は次式で与えられるが、ここでAaYが求心加速によって式(2)に追加される加速度項である。
Further, as described above with reference to FIG. 1, vibrations and other forces of the vehicle (not shown) may cause the
(10)
同様にして、対をなしている加速度計の入力軸40がそれぞれディスク軸のXDまたはYDと同じ角度をなしていなかったり、ディスク中心50から同じ半径方向距離Rをなしていなかったりすることに基づく誤差も、演算処理装置20によって多くの場合処理することができる。このような場合には、位置ずれや半径方向の距離誤差の正確な大きさは一般的に未知であるので(所定の偏差計に対して比較的一定であったり、不完全ではあるが既知であったりはするが)、重力の場の測定に導入される誤差を正確に知ることができない。しかし、原因となる誤差と結果としての信号の阻害との間の関数関係が既知であるならば、これを計算手順に導入すると、試験測定値は演算処理され、阻害されていると判定された測定値間で最適適合が行われ、最終的にはこれらの最適適合計算結果を用いて補正を行うことができる。殆どの場合には、誤差パラメータと、結果として得られた信号阻害との間には直線(または直線化可能な)関係があり、阻害された測定値と予想信号阻害の任意に基準化した計算値の間で、標準的な最小二乗法による適合を行うことができる。これらの予想関数は回帰値と呼ばれ、適合計算手順によって、これらの回帰値と原測定値間の適合の程度を計算することができる。
Similarly, based on the fact that the paired
しかし残念ながら、偏差計システムで得られる全ての加速度と回転に伴う誤差に適合する回帰値の組み合わせはない。従って、偏差計の性能を向上させるために重要なことは、誤差の発生源を明らかにし、特定の装置で得られる誤差効果を推定するとともにそれを補正し、そして可能であれば、装置の作成や設置の際の調整によって、誤差につながるような物理的な効果を減少させることである。 Unfortunately, however, there is no combination of regression values that fits all the acceleration and rotation errors that can be obtained with a deviation meter system. Therefore, to improve the performance of the deviation meter, it is important to identify the source of the error, estimate and correct the error effect obtained with a specific device, and if possible, create the device And adjustments during installation reduce physical effects that can lead to errors.
以下に説明する本発明の実施態様は、上記のような誤差のメカニズムの一つを発見し、このメカニズムに起因する誤差効果を計算し(従って、補正と測定性能の向上を図ることができる)、誤差の影響の大きさを低減するために、装置調整方法を確定することに関するものである。 The embodiment of the present invention described below finds one of the error mechanisms as described above, and calculates the error effect due to this mechanism (thus, it is possible to improve the correction and measurement performance). In order to reduce the magnitude of the effect of errors, the present invention relates to determining a device adjustment method.
本発明の一つの態様は、方法であって、この方法は加速度を測定することと、重力テンソル要素を計算することを含むものである。加速度の測定に関しては、偏差計ディスクに装着した加速度計の入力軸に沿った加速度を測定する。この加速度計は、ディスクのスピン軸に平行な座標軸を有するものである。また、重力テンソル要素は、加速度測定値と、前記座標軸に沿った加速に起因する加速度測定値の成分との関数として計算する。 One aspect of the present invention is a method that includes measuring acceleration and calculating a gravity tensor element. As for the acceleration measurement, the acceleration along the input axis of the accelerometer mounted on the deviation meter disk is measured. This accelerometer has a coordinate axis parallel to the spin axis of the disk. Further, the gravity tensor element is calculated as a function of the acceleration measurement value and the component of the acceleration measurement value resulting from the acceleration along the coordinate axis.
この手法は、偏差計ディスクに平行ではない入力軸を有する加速度計が検出した不要な加速度を処理することによって、より精度の高い重力の場の計算を行うことができる。また、この手法は、重力テンソルのフルセットを測定するシステムにも、またフルセットのテンソルのうちの部分セットを測定するシステムにも適用可能である。 This technique can perform more accurate calculation of the gravitational field by processing unnecessary acceleration detected by an accelerometer having an input axis that is not parallel to the deviation meter disk. This approach can also be applied to systems that measure a full set of gravity tensors and to systems that measure a subset of the full set of tensors.
以下の説明は、当業者が本発明を製造し、かつ使用することを可能にするために行うものである。本実施態様に対して様々な変更があり得ることは当業者には明白であり、また、本明細書に記載した包括的な原理は他の実施態様に適用することが可能であり、さらに、本発明の精神と範囲を逸脱することのない適用は、添付した請求項によって規定されるものである。従って、本発明は例示した実施態様に限定されるものではなく、また、本明細書に開示した原理と特長に合致する最大の範囲に適用されるものである。 The following description is made to enable one of ordinary skill in the art to make and use the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made to this embodiment, and the generic principles described herein can be applied to other embodiments, Applications that do not depart from the spirit and scope of the invention are defined by the appended claims. Accordingly, the present invention is not limited to the illustrated embodiments and is to be applied to the maximum extent consistent with the principles and features disclosed herein.
図4Aと4Bは、本発明の実施態様にかかわる一対の加速度計のそれぞれ第1および第2加速度計60aと60bの側面図である。図3を参照すると、加速度計60aと60bは、ディスク30と同様のものに装着され、加速度計38aと38bと同様にπラジアンの間隔で配置されている。しかし加速度計38aと38bが理想的に方向を定めて配置されているのに対して、加速度計60aと60bのそれぞれの入力軸62aと62bは、多くの場合製造上のバラツキによって、ディスクに平行とはなっていない。そのため、式(2)〜(9)に余分な加速度項が導入されることになる。各加速度計60aと60bは、それぞれ64aと64bを原点とする座標系を有している。加速度計60aについて説明すると、ZA軸がディスクのスピン軸ZSと平行になっている。またYA軸はディスクに平行で、かつ原点64aにおいてディスクの半径と直交している。さらに、XA軸が原点64aを通るディスクの半径と一致する。すなわちXA軸は原点64aを通って紙面に垂直である。同様にして加速度計60bについて説明すると、ZB軸がディスクのスピン軸ZSと平行である。そしてYB軸がディスクに平行で、かつ原点64bにおいてディスクの半径と直交する。さらにXB軸が原点64bを通るディスクの半径と一致し、原点64bを通って紙面に垂直である。
4A and 4B are side views of first and
図4Aについて説明する。加速度計60aは、ZA軸に沿って発現する加速度成分を測定し、式(2)〜(9)の加速度項に加算する。従って、加速度測定値からこれらの加速度を削除しなければ、重力テンソル要素の計算に誤差を導入することになる。具体的には、加速度計60aの入力軸62aは、YA軸に対して非ゼロの角度βaをなしている。これは、加速度計38a(図3)の入力軸40aがYA軸(図3には図示していない)に対してゼロ角度(βa=0)であるのとは異なることである。従って、入力軸62aはZA軸に対して投影長を有しているので、ZA軸方向の加速度AZAに応答して、加速度計62aはAaに対する加速度項AaZを測定することになる。このAaZは次式で与えられる。
FIG. 4A will be described. The
(11)
(12)
図1、4A、および4Bを参照し、かつ加速度計38aと38bに代えて加速度計60aと60bを装着したとすると、ZAおよびZB軸方向の加速度AZAとAZBの一つの原因は、本体軸Z、すなわちスピン軸ZS方向の非回転の加速度である。一例として、偏差計10を搭載した乗物が突風によってZ軸方向の加速を受ける場合があり得る。この場合には、AZA = AZB = AZSである。
Referring to FIGS. 1, 4A, and 4B, and assuming that
このような非回転型の加速度によって式(2)〜(9)に導入される加速度項AazとAbzを消去するための既存の手法としては、ディスク30上に加速度計60aと60bを βb=-βaの関係となるように装着することがある。加速度AaとAbは式(7)に従って加算され次式が得られる。Aaz+Abz = AZssinba+AZssinbb = AZssinba−AZssinbb = 0。また、仮に加速度計60aと60bを正確にβb=−βaの関係となるように装着できなくても、多くの場合にβbを−βaに近づけて設定することができるので、その場合にはAaz+Abzは無視でき、AazとAabは式(2)〜(9)から消去することができる。しかし、一般的にはAaz+Abzとは無視できず、また位置ずれβaと βbは従来の加速度計の補正方法を使用して認識するには小さすぎる。従って、偏差計用に開発された一つの方法として、Zs軸方向に共通の(すなわち非回転の)加速度を導入し、加速度計を検査する過程で信号を加算して、位置ずれの共通部分を認識する方法がある。この加速度は、偏差計の出荷前の補正工程において、補正装置によって導入することができる。また、別の方法として、加速度計を搭載した乗物が発生する加速度を利用して、偏差計が自己補正する方法がある。この方法では、任意に選択した一つの加速度計の軸方向の位置ずれを調節することによって、全ての加速度計による正味の効果をゼロにする方法である。すなわち、sinβa + sinβb + sinβc + sinβd = 0となる。ここで、βcとβdは他の一対の加速度計からの加速度項であり、これらの加速度計はそれぞれ加速度計60aと60bと同様のものであり、しかも理想的な加速度計38cと38d(図3)の代わりとしてディスク30に装着したものである。この正味の位置ずれを補正する能力が、加速度計を再位置合わせする(すなわちsinβa + sinβb + sinβc + sinβd ≠ 0)する能力より優れている場合には、演算処理装置20(図1)の測定値の処理アルゴリズムを変更して、式(9)のAaz、Abz、Acz、およびAdz(ここでAczとAdzは他の一対の加速度計による加速度である)の正味効果の補正も含めて行うようにし、それによって測定結果を改良することができる。これらの既存の方法は、共通の軸方向(Zs)の加速度を消去するには効果があるが、個別の軸方向の位置ずれの効果を認識したり、減少させることができない。従って、以下に説明するように、本発明の一つの実施態様はこのような欠陥に対応するものである。
As an existing method for eliminating the acceleration terms Aaz and Abz introduced in equations (2) to (9) by such non-rotational acceleration,
再び図1、4A、4B、および5を参照して説明する。ディスク30に、加速度計38a、38b、38c、および38dの代わりに加速度計60aと60b、およびこれらに対応するもう一対の加速度計を装着したと仮定すると、ZA軸方向に加速度AZAを発生されるもうひとつの要因として、偏差計10の軸XまたはYを中心とする回転加速度(α=dω/dt、ここでωは上述した回転速度である)がある。残念ながら、以下に説明するように、βb = −βaを設定することによってこれらの回転加速度によって導入される加速度を減少させたり、消去することはできない。
Description will be made with reference to FIGS. 1, 4A, 4B, and 5 again. Assuming that
図5は、図3の線A−Aで矢視したディスク30の端面図である。ここで、加速度計38aと38bは、図4Aと4Bで示した加速度計60aと60bで置き換えれている。また加速度計38cと38dは、加速度計60aと60bと同様な加速度計によって置き換えられており、それらの入力軸はそれぞれZCとZD軸に対してβcとβdの角度をなしている。そして、回転加速度αによって導入される加速度項は、本発明の実施態様による式(2)〜(9)に含まれる。
FIG. 5 is an end view of the
ディスク30の通常位置を実線で示す。Ωt = 0である通常位置において、ディスク軸XDとYD(紙面に垂直)とは、本体軸のXとY(紙面に垂直)とそれぞれ一致しており、スピン軸ZSは本体軸Zと平行である。
The normal position of the
回転加速度、例えば本体軸Yを中心に反時計方向に加速度αyが発生すると、ディスク30は破線で示す位置の方向に加速される。βaとβbとが逆符号を有している場合には、加速度計60aが測定した加速度成分Aaz(αy)は、加速度計60bが測定した加速度成分Abz(αy)によって増大する。より具体的に説明するために図4Aを参照する。加速度計60aの入力軸62aは正の軸ZAに投影長を有しているので、加速度計60aは回転加速度αyに対応して正の加速度Aaz(αy)を測定する。同様にして図4Bを参照する。加速度計60bの入力軸62bは負の軸ZBに投影長を有しているので、加速度計60bは回転加速度αyによる正の加速度Abz(αy)を測定する。その結果、図4Aと4Bに関連して上記に説明した、非回転の加速度によって導入される項AazとAbz(式(11)と(12))とは異なり、回転の加速度αyによって導入される項Aaz(αy)は、αyによって導入されるAbz(αy)によって増大されこそすれ、消去されることはない。このことは、βa =−βbの場合にであっても成立する。
When rotational acceleration, for example, acceleration αy occurs in the counterclockwise direction around the body axis Y, the
図3、4A、および5を参照すると、αyによって導入される加速度項Aaz(αy)は、モーメントアーム52の長さとZA軸に対する入力軸62aの投影長の関数であり、従って次式で与えられる。 Referring to FIGS. 3, 4A and 5, the acceleration term Aaz (αy) introduced by αy is a function of the length of the moment arm 52 and the projected length of the input shaft 62a on the ZA axis, and is therefore given by .
(13)
(14)
上記の加速度項と、回転センサ組立体18(図1)からの測定値を式(9)に含めることによって、演算処理装置20は、加速度計の軸方向の位置ずれβa、βb、βc、およびβdを基にしてこれらの測定誤差を処理することができる。式(14)〜(20)の項を式(9)に含め、理想状態での結果(式(9)の右辺)を減ずると、回転加速度によって誘引される誤差に関して以下の式が得られる。 By including in the equation (9) the above acceleration term and the measured value from the rotation sensor assembly 18 (FIG. 1), the arithmetic processing unit 20 can detect the axial displacements βa, βb, βc, and These measurement errors can be processed based on βd. When the terms of the equations (14) to (20) are included in the equation (9) and the result in the ideal state (the right side of the equation (9)) is reduced, the following equation is obtained with respect to the error induced by the rotational acceleration.
(21)
回転加速度によって導入される信号誤差=
Signal error introduced by rotational acceleration =
さらに、この手法はX−YまたはY−Z面にあるディスクにも同様に適用することができる。また、本発明の他の実施態様も予測し得ることである。例えば、回転センサ組立体18(図1)は部分的、または完全に回転ディスク30の上に配置してもよい。この場合は、検出した回転を、式(21)のsin(Ωt)とcos(Ωt)に含められる加速度計の枠内に分解することは必要がない。さらに、ディスクは本体軸のX−Y、X−Z、またはY−Zの何れかと一致しないか、または平行ではない面内にあるので、式(11)〜(21)は周知の数学的原理に従って修正することができる。さらに、ディスク30がΩt = 0の位置にある時に、このディスクを軸YDを中心にして既知の回転加速度で回転させる等の従来の手法によって、角度βaとβbを決定することも可能である。
Furthermore, this technique can be applied to a disk in the XY or YZ plane as well. It is also possible to predict other embodiments of the present invention. For example, the rotation sensor assembly 18 (FIG. 1) may be partially or completely disposed on the
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